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变频调速技术及其在空调系统中的应用

发布时间:2019-04-01 10:59

1个变频器

变频器也称逆变器,称为可变电压变速调节器vvvfi(可变电压变频逆变器)。它采用大功率晶体管gtr作为功率元件,以单片机为核心进行控制,采用spwm正弦脉宽调制方式,是电力电子机电一体化产品与计算机控制相结合。随着功率元件和计算机技术的发展,结构体积小,重量轻;性能优于以往的变极调速,串联电阻调速,极速调节,滑差电机调速等串联交流调速模式,并将逐步取代直流电机调速。速度控制技术。用交流异步电动机代替直流电动机将使速度控制系统更简单。

1.1目的和功能

变频器与电机配合,形成了一系列功率不同,用途不同的产品。目前,产品已广泛应用于石油,石化,钢铁,冶金,矿山,机械,纺织,建筑,造纸等行业。泵,风扇,压缩机,机床等的电机速度控制。由于暖通空调行业中的泵和风扇是必不可少的设备并消耗大量的电力,在全年使用空调的现代酒店和办公楼中,风扇泵的耗电量占建筑物总耗电量的30%至40%,占总耗电量的40%至55%。 [1]自20世纪90年代以来,逆变器逐渐被HVAC行业采用。每个人都认可并采用它。具有各种速度切换,加减速时间外设,v/f曲线设定,转矩增加调整,输出频率上限,下限幅度,频率跳变等功能;它可以与计算机,可编程控制器和自动化仪器连接,并具有远程控制功能。

1.2性能和优势

采用spwm控制方式,电机的旋转磁场是理想的圆形磁场,转矩波动小,电机运行平稳,特别是克服了电机低速运转时大扭矩脉动的缺点。电压型逆变器控制。速度具有操作简单,调整精确,数字显示,在线无级调速等诸多优点,但其主要优点在于节能。变频器+普通鼠笼式异步电动机=新型高性能调速系统节能装置。

2变频调速原理

在HVAC系统中,风扇和泵的风量和流量控制在过去很少使用。其中大多数由鼠笼式异步电动机驱动,以实现恒速运行。当需要调节风量和流量时。目前,采用的实际方法是调整挡板或节流阀。尽管这种控制很简单,但从节能的观点来看,这是非常不经济的。逆变器用于调节风扇和泵机械的速度。风量,流量法,节能收到日期19990713

经济效益的来源和提高具有重要意义。变频器用于泵,风扇,压缩机等的速度调节,如近年来出现的变频调速vrv(制冷剂)系统,其节能原理是相同的。

2.1变频调速和节能的基本原理

以水泵为例,水泵速度控制和节电理论之一是泵法比例法。从泵法可知,对于相同的泵,当以不同的速度运行时,泵流量q,扬程h,轴功率p与转速n具有以下关系:

Q1/Q2=N1/N2,(1)

H1/h2=(n1/n2)2,(2)

P1/P2=(N1/N2)3.(3)

流速与速度成正比。头部与速度的平方成比例。轴功率与速度的立方成正比。可以看出,当速度降低时,功率降低远大于流速降低。粉丝也跟着这个。法则,即风量与转速成正比,风压与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。因此,降低水泵或风扇的旋转速度可以降低每单位供水或空气量的功耗。从电气工程中已知电动机的速度与输入频率具有以下关系。

N=60F(1-S)/P,(4)

其中f是电源频率; s是滑移率; p是极对数; n是电机速度。

变频器通过改变电机的频率实现无级调速的目的。对于水泵,变频调速供水是通过压力变送器检测管网的水压,并将水压信号转换为电流信号,并反馈到变频。在内部单片机中,单片机根据水压条件调节水泵电机的输入频率,使水泵速度发生变化。例如,在非峰值供水中,水泵减速,从而降低了水泵的输入功率,并且实现了节能的目的。供水和节能的基本原则。

2.2逆变器的自动控制

可以手动或自动控制变频器。自动控制信号使用4~20ma电流信号或0~5v电压信号;闭环控制方法可以更好地满足自动控制的要求(图1)。流量计气动信号通过气电转换器转换为4~20ma的电流信号,变频器的控制端用于控制电机的转速以改变流量。如果使用电动仪表,变频器试验证明可靠,则可省略气东森游戏平台电转换器,三通风开关和气动控制阀,大大简化了控制系统。流量控制的精度高于先前的气动控制阀的精度。速度控制器也可以通过温度控制,压力控制或各种信号进行控制。

2.3变频调速节能分析与阀门调节相比较

使用变频器后,泵和管线的阀被完全打开时,与电动机的速度通过改变电动机电源的频率,从而改变流速改变。图2示出的流量Q和当泵被阀或速度控制来控制所述头小时。关系曲线(假设管道末端为零)。图2中的曲线1是泵速为n1时的qh性能曲线;曲线2是线电阻特性曲线;曲线3是阀门关闭时的线路电阻特性曲线,流量为q2;曲线4是泵在速度Qh时的速度曲线为n2; a,b,c是泵的工作点。

泵消耗的轴功率是

p=γqh/η,(5)

其中γ是流体体积密度; η是泵效率。

从等式(5)可知,轴功率与q,h的乘积成比例。因此,在工作点a,轴功率与q1,h1的乘积面积ah1oq1成比例。根据该过程,当流量从q1减小到q2时如果使用阀门调节方法,则相当于增加管道阻力,使管道阻力特性变为曲线3,系统从原来变化操作点a到新的操作点b。从图2中可以看出,压头增加到h2,轴功率与面积bh2oq2成正比。显然,减少并不多。如果调整速度,速度将从n1减小到n2。泵速为n2时的qh性能曲线如曲线4所示,可以看出,在相同的流量q2下,磁头h3大大减小,功率(与面积ch3oq2成比例)显着降低,节省的功率与面积bh2h3c成正比,这在节能方面显然很重要。即使考虑原因速度的降低也会导致效率降低和附加控制装置的效率,但节电效果仍然非常明显。另外,电动机消耗的功率不仅由泵确定,而且与速度控制方法有关。如果电机滑差损耗非常大,节电效果大大降低。变频器是一种高效的速度控制装置,不同于滑差调速和液力耦合速度调节。没有滑差损失,固有损耗仅为1%至2%,因此变频器的输入功率几乎等于任何速度下泵的轴功率。对于诸如泵和风扇的流体机器,流量或空气量与速度成比例,轴功率是速度。与立方体成比例,所以

P=(N/NE)3PE=(Q/QE)3PE,(6)

其中ne,qe,pe是泵的额定转速,额定流量和额定轴功率。

从等式(3)可知,当采用变频调速时,逆变器的功耗为

p频率转换=p=(q/qe)3pe。 (7)

如果使用阀门调节,电机消耗大约

p电=(0.4 + 0.6q/qe)pe。 (8)

从等式(7)和(8)可以看出,当流量q变为额定流量的50%时,使用变频调速时的功耗为0.125 pe。当阀门用于调节流量时,电机消耗0.7瓦的功率,节电率为82.1%,节电效果非常可观。

2.4在空调水系统中采用变频器的节电效果

在大型购物中心的空调水系统中,使用37kw的水泵和变频器。经测试,变频调速功耗为9.42kw(f=28hz),阀门调节功耗为36.42kw。电费为74.1%,年用电量为21.6万千瓦时,电价为0.5元/(千瓦时),年节电资金为10.8万元;如果价格为3800元vfa-050-3型逆变器,静态投资回收期为4.3个月。3个结论

变频调速技术及其在空调系统中的应用

理论和实践证明,变频器在空调水系统中的使用具有显着的节能效果。在空调风系统中,变频器可以控制空调风机的空调率达到39%[2,3]。此外,逆变器还可用于锅炉给水系统,加热外网和制冷系统,也可以起到显着的节能效果。实际上,除了省电之外,变频器还具有许多优点。由于变频器由微电脑控制,有16种电压 - 频率特性曲线可供选择,因此拖动不同性能的各种负载可以进入最佳运行状态。电机的加减速时间可以根据负载进行调整,并在启动过程中完成。软启动避免了泵的泵送现象。变频调速也是无级调速模式,在稳态过程和运行调整过程中可以起到显着的节能效果。此外,可以降低启动电流并且可以提高功率因数。电机有许多保护功能。但是,逆变器也有缺点,如逆变器干扰了电信号的智能控制,价格较高等等。目前,逆变器的可靠性一直在提高,价格也有所降低,也为在不改变结构的情况下安装三相异步电动机驱动电路,将其广泛应用于HVAC系统中。

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